鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)--24m跨廠房普通鋼屋架設(shè)計(jì)1111111111

1、目錄 一、設(shè)計(jì)資料 . 1二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置 . 2三、荷載計(jì)算 . 4四、內(nèi)力計(jì)算 . 5五、桿件設(shè)計(jì) . 6六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) . 10七、參考資料 . 17八、附表一 . 18九、附表二 . 19 1一、設(shè)計(jì)資料 某車間跨度為24m，廠房總長(zhǎng)度90m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)300/50kN中級(jí)工作制吊車參見平面圖、剖面圖，工作溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為12.5m；采用1.5×6 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級(jí)防水，卷材屋面，屋架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為400×400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C

2、25，屋架采用的鋼材為Q235B鋼，焊條為E43型。 屋架形式 2荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載： 改性瀝青防水層 0.35kN/m220厚1:2.5水泥砂漿找平層 100厚泡沫混凝土保溫層 屋架和支撐自重為 可變荷載 根本風(fēng)壓： 積灰荷載 0.35kN/m2 0.45kN/m2 0.75kN/m2 0.7kN/m2根本雪壓：不與活荷載同時(shí)考慮 不上人屋面活荷載 0.4kN/m2 0.6kN/m21.4kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板包括灌縫0.120+0.011LkN/m2 二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置 桁架的形式及幾何尺寸如下列圖2.1所示1507150715081507150715071507150727

3、9833025161322334281965249195028501501350300030300030005012000圖2.1 桁架形式及幾何尺寸 桁架支撐布置如圖2.2所示 33081325309556 圖2.2 桁架支撐布置桁架及桁架上弦支撐布置桁架及桁架下弦支撐布置垂直支撐 1-1垂直支撐2-2 符號(hào)說明：SC：上弦支撐； XC：下弦支撐； CC：垂直支撐GG：剛性系桿； LG：柔性系桿 4三、荷載計(jì)算 屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。由于風(fēng)荷載為0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考慮風(fēng)荷載的影響。沿屋面分布的永久荷載

4、乘以1cosa=1.004換算為沿水平投影面分布的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重包括支撐按經(jīng)驗(yàn)公式Pw=0.12+0.011´跨度計(jì)算，跨度單位為m。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載：改性瀝青防水層1.004x0.35=0.351kN/m2 1.004x 0.4=0.402kN/m2 1.004x 0.6=0.602kN/m21.004x 1.4=1.406kN/m2 20厚1:2.5水泥砂漿找平層 100厚泡沫混凝土保溫層 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板包括灌縫屋架和支撐自重為 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 3.145kN/m2標(biāo)準(zhǔn)可變荷載：屋面活荷載積灰荷載 0.7kN/m2

5、 0.75kN/m2_2共 1.45kN/m 考慮以下三種荷載組合 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨桁架、天窗架和支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載1全跨永久荷載+全跨可變荷載按永久荷載效應(yīng)控制的組合全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：F=(1.35´3.145kNm+1.4´0.7´0.7kNm+1.4´0.9´0.75kNm222)´1.5m´6m=52.89kN2全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨永久荷載設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F1,2=1.35´3.145kNm´1.5m´6

6、m=38.21kN按永久荷載效應(yīng)控制的組合 2F1,2=1.2´3.145kNm´1.5m´6m=33.97kN按可變荷載效應(yīng)控制的組合 2=1.0´3.145kNm´1.5m´6m=28.31kN 對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F1，32半跨可變荷載設(shè)計(jì)值：5F2,1=1.4´(0.7´0.7kNm+0.9´0.75kNm22)´1.5m´6m=14.68kN按永久荷載效應(yīng)控制的組合 F2,2=1.4´(0.7+0.9´0.75)kNm´1.5m´6m2=17

7、.33kN按可變荷載效應(yīng)控制的組合3全跨桁架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載按可變荷載效應(yīng)控制的組合全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值： 對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F3,1=1.2´0.384kNm2´1.5m´6m=4.15kN 對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F3,2=1.0´0.384kNm2´1.5m´6m=3.46kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)值：F4=(1.2´1.4kNm+1.4´0.7kNm22)´1.5m´6m=23.94kN 四、荷載組合16圖 4.2 荷載組合2 圖 4.3 荷載組合4.3 由電算先

8、解得F=1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)F=1作用于全跨、走半跨和右半跨。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見附表1 五、桿件設(shè)計(jì) 1上弦桿整個(gè)上弦桿采用等截面，按FG、GH桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。N=788.27kN=788270N上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：lox=150.7cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，?。簂oy=150.7´3=452.1cm因?yàn)閘ox=3loy，故宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N=470.35kN節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度用12mm設(shè)l=60，選用角鋼，為b類截面，查表得j=0.807。需要截面

9、積：A=Njf=778270N0.807´215kNmm2=4485.6mm27需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix=lox=150.7cm60=2.51cm ， iy=loy=452.1cm60=7.54cmll根據(jù)需要的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，選用2160´100´10，A=5063mm2，ix=2.85cm，iy=7.70cm，b1t=160cm=16，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：lx=loxix=150.7cm2.86cm=52.88 b1t=160.56loxb1=5.27 lyz22loytb1æ=3.71+ç4çtè52.7b12

10、2ö160æ4521´10ö=3.7÷ç1+4÷÷10è52.7´160øø=60.26 l=150截面x和界面y都為b類截面，由于lxlyz，只需要求jy。查表的jy=0.806。N=778270N0.806´5063mm2jyA=190.72215Nmm2故所選截面適宜。2下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)。N=779070N平面內(nèi)的計(jì)算程度和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度分別為：lox=300cm，loy=1185cm所需截面面積：An=Nf=779070N

11、215Nmm2=3623.6mm2 選用2140´90´10，A=4452mm2，ix=2.56cm，iy=6.77cm，由于loy?lox，故用不等肢角鋼短肢相并loy=loyiy=1185cm6.77cm=175l=350考慮到下弦有2f21.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：An=4452mm-2´21.5´10mm=4022mm222 8s=NAn=779070N4022mm2=176.3Nmm2215Nmm2所選截面適宜。 3端斜桿aB桿件軸力： N=470.35kN=470350N計(jì)算長(zhǎng)度lox=loy=249.4cm，因?yàn)閘ox=loy，故

12、采用不等值角鋼長(zhǎng)肢相并。使ix»iy設(shè)l=60，查表得j=0.807。A=N=470350N0.807´215kNmm2jf=2710.9mm2ix=lox=249.4cm60=4.16cm選用2125´80´10，A=3942mm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：lx=loxix=249.4cm3.98cm=62.67 b2t=80.48loyb2=14.96 lyz4æ1.09b2=lyç1+22çltoyè4ö249.4æ1.09´80ö

13、÷=ç1+22÷÷3.31è2494´10øø=80.76 l=150截面x和界面y都為b類截面，由于lxlyz，只需要求jy。查表的jy=0.683。N=470350N0.683´3942mm2jyA=174.70Nmm215Nmm 22故所選截面適宜。4腹桿He最大拉力： 21.46kN最大壓力： 97.75kN按最大壓力進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算值為97.75kN。由于節(jié)點(diǎn)板的嵌固作用，桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取0.8lox=0.8´329.5cm=263.6cm，節(jié)點(diǎn)板在桁架平面外的剛度很小，故桁架

14、平面外的計(jì)算長(zhǎng)度仍取節(jié)間距離，即loy=l=329.5cm。設(shè)l=60，查表得j=0.8079A=Njf=97750N0.807´215kNmm2=563.4mm2 ix=0.8´loxl=0.8´329.5cm60=4.39cm，ix=loxl=329.5cm60=5.49cm，選用等肢角鋼，270´4，A=1114mm2，ix=1.96cm，iy=2.94cm，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：lx=loxix=263.6cm2.18cm=120.9 l=150bt=15.750.58loyb=0.58´3295=30.3 lyz44æ0.47

15、5bö329.5æ0.475´70ö=lyç1+÷=ç1+2222÷ç÷lt2.943295´4èøoyèø=119.4 l=150截面x和界面y都為b類截面，由于lyzlx，只需要求jx。查表的jx=0.433。s=N=977500.433´1114=202.6215Nmm2jxA 由于腹桿壓力大于拉力，故可不比驗(yàn)算拉應(yīng)力。故所選截面適宜。 5腹桿Bb腹桿拉力設(shè)計(jì)值為 N=357.85kNA=Nf=357850N215Nmm2=166

16、4.4mm2 選用280´6組成梯形截面，A=1879mm2，ix=2.47cm，iy=3.65cm，按所選截面進(jìn)行驗(yàn)算：平面 N=144.39kNA=Nf=144390N215Nmm2=671.6mm2 10 選用250´4組成十字形截面，A=779mm2，ix=1.54cm，iy=2.43cm，按所選截面進(jìn)行驗(yàn)算：平面 肢背：lw0.7N2heffw=0.7´357850N2´0.7´8mm´160Nmm2=139.8mm，加2hf后取16cm11= 肢尖： lw0.3N2heffw=0.3´357850N2´

17、0.7´6mm´160Nmm2=79.9mm，加2hf后取10cm設(shè)“Db桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為hf=8mm和6mm，所需的焊縫長(zhǎng)度為：= 肢背：lw0.75N2hefwf=0.75´280260N2´0.7´8mm´160Nmm0.25´280260N2´0.7´6mm´160Nmm2=117.2mm，加2hf后取14cm= 肢尖： lw0.25N2heffw=2=52.1mm，加2hf后取7cm“Cb桿的 下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接的焊縫長(zhǎng)度為400mm，hf=6mm。焊縫所受的左右兩下弦桿的

18、內(nèi)力差為DN=605.39kN-235.31kN=370.08kN，肢背的力最大，取肢背進(jìn)行計(jì)算，那么肢背處的焊縫應(yīng)力為：tf=85.2Nmm160Nmm2´0.7´6mm´400-1220.75´370080N2焊縫強(qiáng)度滿足要求。2上弦節(jié)點(diǎn)B“Bb桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“b相同?！癇a桿的肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為hf=10mm和8mm，所需的焊縫長(zhǎng)度為： 12= 肢背： lw0.65N2heff0.3N2hefwfw=0.65´470350N2´0.7´10mm´160Nmm0.35´470350

19、N2´0.7´8mm´160Nmm22=136.5mm，加2hf后取16cm肢尖： lw=91.9mm，加2hf后取11cm考慮焊縫長(zhǎng)度，同時(shí)為了在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，選擇節(jié)點(diǎn)板尺寸為295mm´480mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。驗(yàn)算上弦桿的焊縫：忽略桁架上弦坡度的影響，假定集中荷載F與上弦桿垂直。上弦肢背承受集中荷載，肢尖承受左右弦桿的 肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´186230N2´0.7´6mm´160Nmm0.3´186230N2´

20、0.7´6mm´160Nmm2=97.0mm，加2hf后取11cm= 肢尖： lw0.3N2heffw=2=41.6mm，加2hf后取6cm設(shè)“Fc桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為hf=6mm和6mm，所需的焊縫長(zhǎng)度為：= 肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´120380N2´0.7´6mm´160Nmm0.3´120380N2´0.7´6mm´160Nmm22=62.7mm，加2hf后取8cm= 肢尖： lw0.3N2heffw=26.9mm，由于焊縫計(jì)算長(zhǎng)度13不得小于8hf和40mm，肢尖

21、焊縫長(zhǎng)度取6cm。“Cb桿的 肢背：lw0.7N2heffw=0.7´58020N2´0.7´6mm´160mm2=30.2mm<8hf=48mm，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加2hf后取7cm= 肢尖： lw0.3N2hefwf=0.3´58020N2´0.7´6mm´160Nmm2=13.0mm <8hf=48mm，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加2hf后取6cm設(shè)“Hd桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為hf=6mm和6mm，所需的焊縫長(zhǎng)度為：= 肢背： lw0.7N2heffw=0.7´3931

22、0N2´0.7´6mm´160Nmm2=20.5mm<8hf=48mm，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加2hf后取7cm= 肢尖： lw0.3N2hefwf=0.3´39310N2´0.7´6mm´160Nmm2=8.8mm<8hf=48mm，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加2hf后取6cm?！癈b桿的內(nèi)力為52890N，hf=6mm。=肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´52890N2´0.7´6mm´160mm2=39.3mm<8hf=48mm，焊縫長(zhǎng)度取

23、6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊縫長(zhǎng)度取6cm。節(jié)點(diǎn)板取255mm´285mm，由于d點(diǎn)左右兩端的拉力值相差不大，可只按構(gòu)造確定其焊角尺寸為hf=6mm。 145下弦節(jié)點(diǎn)“e腹桿“eH計(jì)算 上弦點(diǎn)“D，“F、“H焊縫尺寸根據(jù)下弦節(jié)點(diǎn)已經(jīng)確定。 節(jié)點(diǎn)“D：桿“Db 肢背：hf=8mm，lw=14cm肢尖：hf=6mm，lw=7cm 桿“Dc 肢背：hf=6mm，lw=11cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 節(jié)點(diǎn)“F：桿“Fc 肢背：hf=6mm，lw=8cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 桿“Fd 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 節(jié)點(diǎn)“H：桿“H

24、d 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm15桿“He 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 節(jié)點(diǎn)“D、“F、“H所選擇的連接板尺寸分別為：230mm´335mm，220mm´255mm，235mm´245mm。 7屋脊節(jié)點(diǎn)“I采用與上弦角鋼相同鋼號(hào)的角鋼進(jìn)行拼接，截取的垂直肢的寬度為：t+hf+5mm=23mm，其中hf取8mm，接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿的內(nèi)力計(jì)算。751040N4´0.7´8mm´160mm2一條焊縫所需的焊縫長(zhǎng)度為：lw=209.6mm，拼接角鋼的長(zhǎng)度取500

25、mm>2´209.6mm+4´8mm+15´2=481.2mm，適宜。根據(jù)腹桿的內(nèi)力，取節(jié)點(diǎn)板尺寸為200mm´450mm，上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，計(jì)算長(zhǎng)度為450mm-2x15mm-4hf，hf=5mm，故計(jì)算長(zhǎng)度為3800mm，節(jié)點(diǎn)荷載為52.89kN，焊縫承受的剪應(yīng)力：tf=F2´0.7´hf´lw=52890N2´0.7´5mm´380mm=19.9Nmm160Nmm，滿足。22上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的內(nèi)力計(jì)算值為上弦內(nèi)力的15%，設(shè)肢尖的焊縫hf=8

26、mm，節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為200mm，那么節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度為：lw=450mm2-15mm-2´8mm=194mm，焊縫應(yīng)力為：tNf=0.15´751040NsM=f2´0.7´8mm´194mm0.15´751040N´75mm´62´0.7´8mm´194mm=51.8Nmm222=120.3Nmm2=2=112.8Nmm160Nmm28支座節(jié)點(diǎn)“a166.8.1 支座節(jié)點(diǎn)6.8.2 支座底板hf=8mm hf=10mm lw=16cm，腹桿“aB的焊縫尺寸同節(jié)點(diǎn)“B肢背：肢尖：

27、lw=11cm。節(jié)點(diǎn)板的厚度為12cm，所確定的節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖6.8.1，下弦桿焊腳尺寸為肢背：hf=8mmlw=14cm，肢尖：hf=6mmlw=14cm，豎桿焊腳尺寸肢背和肢尖均為hf=6mm lw=6cm，經(jīng)驗(yàn)算焊縫滿足要求。為了便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm。 支座底板的計(jì)算支座反力： R=8F=8´52.89kN=423.12kN 支座所需的凈截面為：An=Rfc=423120N12.5Nmm2=33849.6mm2 選擇的支座底板的尺寸如圖6.8.2。僅考慮有加勁肋的局部承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm²>33849.6mm²，故底板的面積適宜。 底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊為兩相鄰邊支撐而另兩邊自由的板。根據(jù)底板尺寸確定a1=171.2mm b1=81.2m，mb1/a1=0.474查表得b的值為0.054。底板下的平均應(yīng)力為：s=423120N67280mm22=6.29Nmm2每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M=bsa1=0.054´6.29Nmm´171.2mm=9955.2N×mmm222 底板厚度：17t